ارزیابی و مقایسه رفتار سازه‌ای اتصال نوین تیر- ستون خودمرکزگرای دارای میراگر اصطکاکی با اتصالات موجود

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

چکیده

با توجه به تجربیات خرابی های گسترده اتصالات در دو زلزله Northridge و Kobe، می­ بایست توجه ویژه ­ای به طراحی ستون ­ها و اتصالات تیر- ستون (Beam-Column Connection) نمود. در این راستا عمدتاً در قاب ­های خمشی با تضعیف تیر در فاصله ­ای مشخص از بر ستون و یا تقویت اتصال تیر- ستون، در دو انتهای تیر به ­عنوان یکی از اعضای اصلی سازه، مفاصل پلاستیک خمشی تشکیل می شود که این امر مستلزم تأمین شکل ­پذیری لازم بوده و باعث بوجود آمدن تغییر شکل ­های ماندگار در این سیستم می ­شود. بنابراین تغییر شکل ­های ماندگار باعث آسیب دیدن اجزای اصلی اتصال شده و با توجه به حساسیت اتصالات جوشی تیر- ستون نسبت به بارهای لرزه‌‌ای، امکان ایجاد خرابی‌های ترد شامل ترک‌‌های بسیار ریز و شکست‌‌های بزرگ در مجاورت ستون وجود دارد. لذا برای رفع این نقایص و بهبود رفتار چرخه‌ای اتصالات، نوع جدیدی از اتصالات تیر- ستون خودمرکزگرای دارای میراگر پیشنهاد شده‌ است که به بهبود شکل‌پذیری و خاصیت خودمرکزگرایی اتصال منجر می‌شود. در این مقاله رفتار سازه‌ای این اتصال نوین نسبت به سایر اتصالات موجود (اعم از اتصال خمشی جوشی، اتصال دارای کابل پس‌کشیده، اتصال دارای میراگر اصطکاکی و اتصال دارای میراگر فلزی تسلیم‌شونده) پس از انجام صحت‌سنجی‌های مورد نیاز، توسط نرم‌افزار ABAQUS مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. با توجه به نتایج به ­دست آمده، مشاهده شد که این اتصال ضمن تأمین جزئیات اجرایی ساده، موجب حذف دریفت ماندگار و افزایش شکل‌پذیری شده و از رفتار فراارتجاعی اعضای اصلی جلوگیری کرده و اتلاف انرژی صرفاً توسط صفحات اصطکاکی قابل تعویض انجام می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Structural Behavior of a Novel Self-Centering Beam-Column Connection with Friction Damper In Comparison To Existing Connections

نویسندگان [English]

  • Mahsa Saeidzadeh
  • Mohammad Reza Chenaghlou
  • Arash Akbari Hamed
Faculty of Civil Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Due to the disadvantages of some existing connections such as the lateral-torsional buckling of RBS connections (Akbari Hamed and Basim, 2020; Akbari Hamed and Bafandeh Nobari, 2021), Saeidzadeh et al. (2022) proposed a novel partial-strength and semi-rigid (Chenaghlou and Akbari Hamed, 2017; Eurocode3, 2005) self-centering connection which eliminates residual drifts and provides more ductility in comparison with existing connections. Considering the stable cycle behavior and the advantages of this connection, in this paper, the structural cyclic behavior of this novel connection was compared with existing connections under the applied quasi-static loading. To this aim, the verified finite element models of four connections including welded moment connection (WMC), post-tensioned strand connection (PTSC), friction damper connection (FDC) and metallic yielding damper connection (MYDC) were considered.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Self-centering connection
  • Friction damper
  • Metallic yielding damper
  • Welded moment connection
  • Residual drift
اکبری حامد آ، بافنده نوبری ح، "بررسی عددی رفتار لرزه‌ای اتصالات نوین خمشی با مقطع حرارت داده شده"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1400، 51 (1)، 1-13.
حسین­ زاده اصل م، سعیدزاده م، "بررسی تأثیر انحراف تیر در اتصال گیردار فلنجی تیر به ستون بر افت مقاومت اتصال"، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، 1398، 51 (2)، 205-220.
حسین­ زاده اصل م، سعیدزاده م، "بررسی رفتار لرزه­ ای اتصال گیردار فلنجی تیر مورب به ستون تحت زوایای مختلف با ورق انتهایی"، کنفرانس بین ­المللی عمران، معماری و شهرسازی ایران معاصر، تهران، 1396.
ACI Committee 318, “Building code requirements for structural concrete: (ACI 318-19); and commentary (ACI 318R-19)”, Farmington Hills, MI: American Concrete Institute, 2019.
AISC 358, “Prequalified connections for special and intermediate steel moment frames for seismic applications”, Chicago, IL: American Institute of Steel Construction, 2020.
AISC360, “Specification for structural steel buildings”, American Institute of Steel Construction, AISC, 2016.
Akbari Hamed A, Basim M C, “Experimental-numerical study on weakened HSS-to-HSS connections using HBS and RBS approaches”, Structures, 2020, 28, 1449-1465.
AkbariLor H, Izadinia, M, Memarzadeh P, “Experimental and numerical study of I-shape slit dampers in connections”, Latin American Journal of Solids and Structures, 2018, 15.
American Institute of Steel Construction (AISC 341), “Seismic provisions for structural steel buildings”, Chicago, 2016.
Bayat K, Shekastehband B, “Seismic performance of beam to column connections with T-shaped slit dampers”, Thin-Walled Structures, 2019, 141, 28-46.
Chen CC, Chen SW, Chung MD, Lin MC, “Cyclic behaviour of unreinforced and rib-reinforced moment connections”, Journal of Constructional Steel Research, 2005, 61 1), 1-21.
Chenaghlou MR, Akbari Hamed A, “Connection classification for a space structure jointing system”, ce/papers, 1 (2-3), 746-755, 2017.
D'Aniello M, Zimbru M, Latour M, Francavilla A, Landolfo R, Piluso V, Rizzano G, “Development and validation of design criteria for free from damage steel joints”, ce/papers, 2017, 1 (2-3), 263-271.
Deng K, Pan P, Wang C, “Development of crawler steel damper for bridges”, Journal of Constructional Steel Research, 2013, 85, 140-150.
Deng K, Wang T, Kurata M, Zhao C, Wang K, “Numerical study on a fully-prefabricated damage-tolerant beam to column connection for an earthquake-resilient frame2018, Engineering Structures, 2018,159, 320-331.
Eurocode3, “Design of steel structures-Part1-8: Design of joints”, 2005.
Farmani MA, Ghassemieh M, “Steel beam-to-column connections equipped with SMA tendons and energy dissipating devices including shear tabs or web hourglass pins”, Journal of Constructional Steel Research, 2017, 135, 30-48.
Hoseinzadeh Asl M, Saeidzadeh M, Momenzadeh S, “Evaluation of Friction Strength Loss in Endplate Moment Connections with Skewed Beam”, International Journal of Steel Structures, 2019, 19 (6), 1767-1784.
Kailai D, Peng P, Alexandre L, Zhenhua P, Lieping Y, “Test and simulation of full-scale self-centering beam-to-column connection”, Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2013, 12 (4), 599-607.
Latour M, D’Aniello M, Zimbru M, Rizzano G, Piluso V, Landolfo R, “Removable friction dampers for low-damage steel beam-to-column joints”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2018, 115, 66-81.
Latour M, Piluso V, Rizzano G, “Free from damage beam-to-column joints: Testing and design of DST connections with friction pads”, Engineering Structures, 2015, 85, 219-233.
Lu X, Zhang L, Cui Y, Li Y, Ye L, “Experimental and theoretical study on a novel dual-functional replaceable stiffening angle steel component”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2018, 114, 378-391.
Oh SH, Kim YJ, Ryu HS, “Seismic performance of steel structures with slit dampers”, Engineering Structures, 2009, 31, 1997-2008.
Rezaei S, Akbari Hamed A, Basim MC, “Seismic performance evaluation of steel structures equipped with dissipative columns”, Journal of Building Engineering, 2020, 29, 101227.
Ricles JM, Sause R, Garlock MM, Zhao C, “Posttensioned seismic-resistant connections for steel frames”, Journal of Structural Engineering, 2001, 127 (2), 113-121.
Rojas P, Ricles JM, Sause R, “Seismic performance of post-tensioned steel moment resisting frames with friction devices”, Journal of structural engineering, 2005, 131 (4), 529-540.
Saberi V, Gerami M, Kheyroddin A, “Seismic rehabilitation of bolted end plate connections using post-tensioned tendons”, Engineering Structures, 2016, 129, 18-30.
Saeidzadeh M, Chenaghlou MR, Akbari Hamed A, “Experimental and numerical study on the performance of a novel self-centering beam-column connection equipped with friction dampers”, Journal of Building Engineering, 2022, 52, 104338.
Tong L, Chen Y, Chen Y, Fang C, “Cyclic behaviour of beam-to-column joints with cast steel connectors”, Journal of Constructional Steel Research, 2016, 116, 114-130.
Wang W, Chan TM, Shao H, “Seismic performance of beam-column joints with SMA tendons strengthened by steel angles”, Journal of Constructional Steel Research, 2015, 109, 61-71.
Xu X, Tu J, Cheng G, Zheng J, Luo Y, “Experimental study on self-centering link beams using post-tensioned steel-SMA composite tendons”, Journal of Constructional Steel Research, 2019, 155, 121-128.
Zhang Al, Zhang YX, Li R, Wang ZY, “Cyclic behavior of a prefabricated self-centering beam-column connection with a bolted web friction device”, 2016, Engineering Structures, 111, 185-198.